一种脱硫废水处理装置以及处理方法与流程

本发明涉及一种污水处理领域，尤其涉及一种脱硫废水处理装置以及处理方法。

背景技术：

烟气脱硫设施建造后，排出的脱硫废水因富集了烟气、石灰石、工艺用水中的盐分而导致水中含盐量通常达到25000-45000mg/l，甚至高达60000mg/l。水质波动大，水量不稳定。设计院的水平衡设计图中虽然通过回用平衡了该部分废水从而实现了废水零排放，但脱硫废水量占火电厂废污水排放量的1/5-1/4，甚至1/3，掺混了脱硫废水的回用水中含盐量达到了5000-15000mg/l，会对系统设备造成严重的腐蚀，因此实际生产过程中这种掺混回用方式是不可行的。

目前脱硫废水处理技术主要有：沉降池法，化学沉淀法，生物处理法，混合零价铁技术法，与飞灰混合法，蒸发池法，烟道蒸发法，人工湿地法，蒸汽浓缩蒸发法等。其中能真正实现零排放的几乎没有，处理效率低，还会伴有二次污染。

其中烟道蒸发法：利用双流体雾化喷嘴将脱硫废水雾化并喷入空预器与除尘器之间的烟道中，利用烟气余热将废水完全蒸发，使废水中的污染物转化为结晶物或盐类，随飞灰一起由后续除尘器捕集。

烟道喷雾蒸发工艺段

在进行此工艺段设计时，首先确定以下及几个重要参数：

1.烟道内喷雾位置的选择：

在实际工程中需要对烟道内流场进行cfd模拟，模拟实验和研究表明，在直短烟道内，流场较平稳，液滴在进入除尘器后仍有大量的废水液滴未蒸发完，而弯曲长烟道由于烟道较长，液滴在烟道中的停留时间较长，液滴在进入除尘器之前已被完全蒸发，因此喷嘴布置位置要选择在弯曲长烟道上。

2.烟气蒸发温度的选择

有研究人员发现对于废水蒸发，将烟气温度控制在453k时单位时间内液滴群蒸发质量最大，可供选择的温度区间段413k-473k。

研究人员研究了入口烟气温度分别为110、115、120、125、130和135℃时的烟箱残留液体量，发现当烟气入口温度为127.4℃时，除尘器进气烟箱入口未完全蒸发液滴的质量分数约0.2％，除尘器进气烟箱出口未完全蒸发液滴的质量分数为0。

3.雾化颗粒粒径的影响

喷嘴雾化的颗粒直径对液滴的蒸发有着非常重要的影响。雾化粒径越大，残留未完全蒸发的液滴越多，与烟道壁面碰撞的液滴也越多，这是因为液滴直径越小，液滴的比表面积越大，蒸发所用时间越少，蒸发的速率也就越快，部分液滴在到达烟道壁面前已经蒸发。

前两点都好解决，第3点雾化颗粒粒径的控制，虽然雾化颗粒粒径可通过增加进气比例，来实现减小颗粒度的目的，理论上可行，但实际过程中一直没有解决掉。

而且经过我方研究发现，颗粒粒径太大容易在烟道管壁内凝结，当其与粉煤灰相混合后就变成了高标号的水泥，一旦粘结在烟道壁会造成清理十分麻烦。颗粒粒径太小，后期除尘器无法完全捕捉收集，无法实现零排放。

现有的电厂大多采用化学方式进行脱硫废水处理，不但成本高而且无法做到零排放，仍有大量的污染物进入地下水和江湖河海。各大电力公司都已看到喷雾蒸发方案的优势，纷纷进行实验。但采用的方案有的直接用电磁阀，有的用普通调节阀，都无法精确控制雾滴的粒径，造成烟道堵塞事故的发生。甚至有大型电力公司禁止喷雾蒸发这项技术的研究。也有大型电力公司请求环保部放松脱硫废水的排放要求。所有技术的难点都集中在如何控制雾滴的粒径。

申请人在cn201820248426.2一种万能调节阀发明，cn201810140069.2一种万能调节阀，用压差自密封、阀座自动对中来提高密封性能，增加切断压差，以增大变阻尼范围，以提高调节性能，用开v型口来增加可调比，用双密封技术来修正特性曲线。为解决该问题提供了坚实的基础。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，对实现烟道蒸发脱硫废水处理装置及处理系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种脱硫废水处理装置，包括控制系统、空气平衡罐、脱硫废水平衡罐和雾化喷枪，所述雾化喷枪采用双相雾化喷枪，所述空气平衡罐通过一根支路管道与雾化喷枪的进气口相联，废水平衡罐通过一根支路管道与雾化喷枪的进液口相联，所述雾化喷枪插入烟道或蒸发器内部，

所述空气平衡罐是使每个支路的空气流量波动对其他支路的影响减少，

所述液体平衡罐是使每个支路的废水流量波动对其他支路的影响减少，

所述支路管道上均设有高可调比的万能调节阀，高可调比的万能调节阀用于调节气液比和蒸发量允许的最大流量，以实现高精度的调节气液比达到控制雾化粒径的目的，

所述控制系统对支路管道上的万能调节阀、进气管道上的万能阀、进液管道上的三通万能阀、变频器及废水泵进行自动控制。所述自动控制系统是以高可调比的万能阀为核心组建而成，也是本系统的核心。通过设计，使雾化喷枪的产生的喷雾蒸发后形成的干物质能被除尘器吸收，喷雾蒸发后形成的蒸汽能被脱硫塔吸收，且不会在烟道内结晶。

通过实验，本装置产生气雾化颗粒粒径大小在1-100微米范围内高精度可调，其中雾化颗粒粒径控制在40微米时效果最佳。

作为优选，所述控制系统主要由用于控制的plc逻辑控制器、检测废水流量的电磁流量计、检测空气流量的涡街流量计、检测压力的压力变送器或其他电子控制单元组成，所述plc逻辑控制器对支路管道上的万能调节阀、进气管道上的万能阀、进液管道上的三通万能阀、变频器及废水泵进行自动控制进行电信号控制。

所述控制系统根据辅助烟道(或烟道、蒸发器)的废气温度和流量来设定废水流量和气液比，达到最大处理量和最小耗气量的目的。

所述控制系统根据各个喷枪的特性曲线来控制每个喷枪的气液比，以控制雾滴的粒径。

所述控制系统以控制变频器的频率和废水平衡罐的回流量达到稳定废水平衡罐的压力。

控制系统通过控制空气平衡罐的进气量达到控制空气平衡罐的压力。

所述控制系统通过网络对整个系统进行远端监控，以达到自动诊断和优化的目的。

所述空气平衡罐上设有进气管道，所述进行管道上设有空气泵和进行流量控制的万能阀，进行流量控制的万能阀起到稳定平衡罐压力的目的。

所述脱硫废水平衡罐设有进液管道，所述进液管道上设有由变频器驱动的废水泵和具有回流能力的大可调比的三通万能阀，废水的可压缩比较小，通过大可调比的三通万能阀和变频器的驱动，才可实现精确控制废水平衡罐的压力。其中，废水泵选用扬程相对稳定的废水泵，

作为优选，在所有需要流量精确控制的管道均设有调节阀，便于精准化控制。

作为优选，所述雾化喷头有若干个，形成雾化喷头阵列，每个雾化喷头都通过独立的支路管道分别与空气平衡罐、脱硫废水平衡罐连通，支路管道上的高可调比的万能调节阀，形成万能阀阵列。使本装置能对并行机组或多台机组同时进行控制和切换，便于应对多机组运行的情况。形成阵列布置便于集中控制和管理，作为优选，所述雾化喷枪以四个为喷枪一组，四个喷枪设置于同一跟烟道上，实验发现一根烟道一组喷枪即可。

系统连接方式1：一种脱硫废水处理系统，包括电厂发电机组的烟道、脱硫塔以及脱硫废水处理装置，所述烟道上设有省煤器、空气预热器和除尘器，所述雾化喷枪直接插入电厂发电机组的空气预热器后端的烟道内部。

系统连接方式2：一种脱硫废水处理系统，包括电厂发电机组的烟道、脱硫塔以及脱硫废水处理装置，所述烟道上设有省煤器、空气预热器和除尘器，所述烟道上设有辅助烟道，所述辅助烟道最后在除尘器前与主烟道合并，所述雾化喷枪插入辅助烟道内。

系统连接方式3：一种脱硫废水处理系统，包括电厂发电机组的烟道、脱硫塔以及脱硫废水处理装置，所述烟道上设有省煤器、空气预热器和除尘器，还包括进行干物质分离的蒸发器，所述雾化喷枪从蒸发器顶部插入，所述蒸发器上端引入空气预热器前端的尾气，下端在除尘器前与主烟道合并。便于蒸发后形成的干物质被除尘器吸收。

作为优选，所述蒸发器顶部为扩张段，且扩张角度大于雾化喷枪的喷洒角度，避免喷雾与蒸发器接触雾化颗粒附着于蒸发器内壁，所述蒸发器底部为收缩段，增大出气压强。

作为优选，所述蒸发器上端通过引气管与空气预热器前端的烟道连通，蒸发器下端通过出气管与除尘器前端的烟道连通，所述引气管和出气管上均设有调节阀。以调节蒸发器的加热量。而且当需要对蒸发器进行维修时只要关闭调节阀就能脱开蒸发器，便于拆卸及维修。

与现有烟道蒸发技术相比，本发明的优点在于：实现了空气进气管和进液管道流量的高精度控制。以此进行进液量与进气量的高精度比例控制，使其雾化颗粒的粒径通过高可调比调节达到粒径微米级的调节控制，解决了现有脱硫废水蒸发的技术瓶颈，既能防止过大的雾滴使得废水蒸发不干造成粘结在容器壁，又能防止过小的颗粒不能被除尘器回收。废水蒸发后形成的固体盐与粉煤灰充分混合后可以做水泥厂的原料，蒸发后的蒸汽被脱硫塔回收。这个方法没有任何废弃物排放，成为真正意义上的脱硫废水零排放。

附图说明

图1为本发明结构原理图；

图2为本发明实施方案1的系统原理框图；

图3为本发明实施方案2的系统原理框图；

图4为本发明蒸发器的结构示意图。

图中：1、雾化喷枪；2、蒸发器；3、引气管；4、出气管；5、电磁调节阀。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

本发明基于cn201820248426.2，cn201810140069.2的，该万能调节阀的阀芯是冠状球芯，球芯球面上开有介质通道，该介质通道的轮廓型线是v形曲线，在小开度工作时该v形曲线与阀座围成的面积是通流截面，流通面积随开度的增加而增加，达到最大开度时流通面积等于阀座面积。在球芯两侧的球冠表面均开设有v形曲线形成的v型口，阀芯转动时，流量随v型口的不断变化而变化，实现高可调比调节，同时也很好的保证流量特征，阀门的阀座。

由于脱硫废水是饱和工业盐水，很容易结晶。一旦结晶，就无法调节。万能阀的调节过程是一种旋转过程，阀芯与阀座会产生剪切效应。一旦结晶，就会通过刮削把工业盐剪切下来，实现自净。

一种脱硫废水处理装置，参见图1，包括控制系统、空气平衡罐、脱硫废水平衡罐和雾化喷枪，所述空气平衡罐、脱硫废水平衡罐分别通过支路管道与雾化喷枪相连接，所述支路管道上均设有高可调比的万能调节阀，所述控制系统对支路管道上的万能调节阀、进气管道上的万能阀、进液管道上的三通万能阀、变频器及废水泵进行自动控制。

所述空气平衡罐上设有进气管道，所述进行管道上设有空气泵和进行流量控制的万能阀。所述脱硫废水平衡罐设有进液管道，所述进液管道上设有由变频器驱动的废水泵和具有回流能力的大可调比的三通万能阀。

本发明利用该万能调节阀的高可调比，实现了空气进气量和脱硫废水进液量流量的高精度控制。使其雾化颗粒的粒径通过其高可调比达到其微米级的调节控制，解决了现有烟道蒸发的技术瓶颈。

通过对本装置进行实验发现，气雾化颗粒粒径大小在1-100微米范围内高精度可调，具体气雾化颗粒粒径的两端的端值，根据烟道情况、除尘器产品型号可进行具体调整，其中雾化颗粒粒径以40微米为最佳，此时进入烟道很快就被干燥，既不会附着于管壁，也易被除尘器回收。

所述进液管道上设有加压泵，由于废液可压缩量小，泵出口压力过大，势必会造成废液输送量不稳定，所述废液泵必须选用压力稳定性较好的废水泵，确保其废液的压力稳定，是后期气液混合时，实现高精度调控的保障。

所述雾化喷枪4以四个为喷枪一组，四个喷枪设置于同一根烟道上，可进行同时进雾化，电厂机组每根烟道上均可设一套脱硫废水的处理装置，按60w机组，4个烟道，16个喷枪，约每小时处理10吨的脱硫废水。30w机组，每小时能处理5吨。

本发明进行电厂实地运行后，效果分析:

1.对生产负荷波动无影响,在线检测空预器出口烟气量和烟气温度，根据检测数据自动计算适宜的喷嘴流量，再通过自控仪表进行调节，实现自动控制，保证喷雾量与烟气量的匹配，确保生产的稳定。

2.利用脱硫废水蒸发的温降，能减少fgd入口降低烟温和所需水量，减少了净水用量。

3.对烟道基本无影响,因脱硫废水蒸发导致烟温降低的幅度较小。以600mw机组的fgd为例，当处理废水量为3.27t/h时，烟道内烟气的平均温降为4.6，湿度增至6.2％；若处理量增至5.0t/h，则温降增加为6.4，湿度为6.4％，对烟道系统基本无影响。

4.不会影响电除尘器运行,脱硫废水蒸发及固体残留物不会影响电除尘器运行，反而有益于除尘效率的提高。电厂通常采用低硫煤，飞灰比电阻的增加降低了电除尘器的除尘效率，而废水中的盐类以及废水对烟气的增湿、降低烟气温度作用，可适当降低飞灰比电阻，有利于提高电除尘器的除尘效率，控制烟气平衡温度不低于相应工况下的酸露点，不会造成酸结露情况发生。

5.不影响粉煤灰综合利用,根据检测结果，喷入脱硫废水后的粉煤灰的三氧化硫含量1.01～1.02％左右，低于标准要求＜3.0％控制值。粉煤灰用于不同混凝土中，最终产品氯离子含量在0.0063～0.0221％左右，低于最高标准要求＜0.06％限制值。粉煤灰用于水泥中，按gb/t175-2007《通用硅酸盐水泥》配比设计为20％～25％，水泥中的氯离子含量在最终在0.048～0.058％；喷入脱硫废水后对水泥或混凝土中的氧化钙、氧化镁的最终含量，均低于标准要求的＜4.0％控制值，不会造成影响。

实施方案1：针对烟道温度较高的机组，参见图2，图中fgd为脱硫塔、ah为省煤器、esp为除尘器。

一种脱硫废水处理系统，包括电厂发电机组的烟道、脱硫塔以及脱硫废水处理装置，所述烟道上设有省煤器和除尘器，所述脱硫塔内设有脱水系统，所述脱硫废水处理装置的进液管道与脱硫塔的脱水系统连接，所述脱硫废水处理装置的雾化喷枪与烟道内部连通，所述雾化喷枪与烟道的连接位置位于省煤器后端，且远离除尘器。

优点：1.能耗低，充分利用了空气预热器以后的烟道余热；

2.降低了排烟温度；

3.成本相对低，无需设设备。

缺点：1.对排烟温度有要求，过低的排烟温度会造成结露；

2.蒸发系统出现故障会造成主烟道的故障，且不好分割。

基本型蒸发系统需要满足的条件(按600mw机组设计)

实施方案2：针对烟道温度不高的机组，参见图3，图中fgd为脱硫塔、ah为省煤器、esp为除尘器。参见图4。

一种脱硫废水处理系统，包括电厂发电机组的烟道、脱硫塔以及脱硫废水处理装置，所述烟道上设有省煤器、空气预热器和除尘器，还包括进行干物质分离的蒸发器2，所述雾化喷枪1从蒸发器2顶部插入，所述蒸发器2上端引入空气预热器前端的尾气，下端在除尘器前与主烟道合并。便于蒸发后形成的干物质被除尘器吸收。

所述蒸发器2顶部为扩张段，且扩张角度大于雾化喷枪1的喷洒角度，避免喷雾与蒸发器2接触雾化颗粒附着于蒸发器2内壁，所述蒸发器2底部为收缩段，增大出气压强。

所述蒸发器2上端通过引气管3与空气预热器前端的烟道连通，蒸发器2下端通过出气管4与除尘器前端的烟道连通，所述引气管3和出气管4上均设有调节阀5。调节阀5用于调节蒸发器的加热量。而且当需要对蒸发器进行维修时只要关闭调节阀就能脱开蒸发器，便于拆卸及维修。

缺点：1.由于从省煤器前端取热气，能耗稍微提高，每度电约增加1克煤耗；

优点：1.由于从省煤器前端取热，省煤器前端的烟气温度完全能满足需要，因此适合于各种不同的排烟温度场合；

2.蒸发系统出现故障可以随时切除，不会对主烟道造成任何影响。

改进型蒸发系统需要满足的条件(按600mw机组设计)

脱硫废水处理量：9.0-11.0m3/h

最大额定耗气量：60nm3/min

最小额定耗气量：10nm3/min

实施方案3，针对由辅助烟道的机组，可将雾化喷枪直接插入辅助烟道内，方案的结构原理与实施方案3相同，避免其在主烟道内干燥。

以上对本发明所提供的一种脱硫废水的处理装置进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。